MPP-Tracker: Das Wichtigste zuerst
MPP-Tracker:
Das Wichtigste zuerst
- Ein MPP-Tracker ist die Regelelektronik, die eine Photovoltaikanlage am Maximum Power Point hält, also am Punkt der größten Leistung.
- Das laufende Suchen und Halten des Maximum Power Points wird als Maximum Power Point Tracking, kurz MPPT, bezeichnet.
- Der MPP-Tracker sitzt fest im Wechselrichter, bei autarken Anlagen im MPPT-Laderegler.
- Während eine höhere Sonneneinstrahlung den Strom eines Solarmoduls anhebt, senkt eine steigende Modultemperatur seine Spannung - weshalb der Maximum Power Point ständig wandert.
- Das Schattenmanagement von Wechselrichtern durchläuft die gesamte Kennlinie, um bei Teilverschattung das globale Maximum anstelle eines bloß lokalen MPP zu finden.
- Mehrere MPP-Tracker in einem Wechselrichter regeln unterschiedlich ausgerichtete oder unterschiedlich verschattete Modulgruppen getrennt voneinander.
Jetzt Photovoltaik-Angebote vergleichen und 30% sparen!
Nehmen Sie sich 60 Sekunden Zeit und füllen ein kurzes Formular aus. Wir verbinden Sie mit bis zu fünf geprüften Fachfirmen aus Ihrer Region. Der Vergleich ist für Sie kostenlos und unverbindlich.
Was ist ein MPP-Tracker (MPPT)?
Ein MPP-Tracker ist die Regelelektronik in einer Photovoltaikanlage, die den Maximum Power Point - also den Punkt der größten Leistung - ermittelt und hält. Dieses fortlaufende Nachführen wird als Maximum Power Point Tracking (kurz MPPT) bezeichnet. Auf Datenblättern und in Produktnamen taucht die Technik deshalb häufig auch unter den Begriffen MPPT-Tracker oder MPPT-Regler auf.
Der Maximum Power Point selbst ist ein Punkt auf der Kennlinie eines Solarmoduls. Dort ist das Produkt aus Spannung und Strom am größten, denn die Leistung in Watt (W) ergibt sich aus der Spannung in Volt (V) multipliziert mit dem Strom in Ampere (A), kurz P = U × I. Betreibt der Wechselrichter die Module außerhalb dieses Arbeitspunkts, sinkt der Ertrag, obwohl Sonneneinstrahlung und Solarmodule unverändert bleiben. Genau diese Lücke schließt der MPP-Tracker.
Wie funktioniert ein MPP-Tracker?
Ein MPP-Tracker misst kontinuierlich Strom sowie Spannung der Solarmodule und führt den Arbeitspunkt in Echtzeit nach. Dabei verändert er die Spannung in kleinen Schritten, vergleicht die resultierende Leistung und pendelt sich stets dort ein, wo die Ausbeute am höchsten ist.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie verdeutlicht den Zusammenhang zwischen dem Strom (in Ampere) und der Spannung (in Volt). Die Kurve beginnt beim maximalen Kurzschlussstrom und endet bei der Leerlaufspannung, an der kein Strom mehr fließt. Der Maximum Power Point liegt genau dazwischen, im markanten Knick der Kurve.
Je nach Lichtintensität verschiebt sich dieser Punkt auf der Kennlinie nach oben oder unten. Der Tracker registriert diese Schwankungen in Echtzeit und optimiert die Betriebsbedingungen sofort an.
Aufbau: Gleichspannungswandler und Mikrocontroller
Ein MPP-Tracker besteht aus einem Gleichspannungswandler und einem Mikrocontroller. Der Gleichspannungswandler, auch DC-DC-Wandler genannt, entkoppelt die Modulspannung von der Ausgangsspannung, die Wechselrichter oder Speicher benötigt. Er kann die Spannung der Module somit völlig unabhängig vom nachgelagerten System einstellen. Der Mikrocontroller wertet parallel die Messwerte aus und gibt dem Wandler den optimierten Arbeitspunkt vor.
Praktisch verändert der Tracker damit den wirksamen Lastwiderstand für die Solarmodule. Ein kleinerer Widerstand zieht mehr Strom bei weniger Spannung, ein größerer weniger Strom bei mehr Spannung. Diese Anpassung läuft im Hintergrund völlig automatisch ab, ohne dass Sie am Gerät etwas einstellen müssen.
Was den Maximum Power Point verschiebt
Drei Größen verschieben den Maximum Power Point: die Sonneneinstrahlung, die Modultemperatur und die Verschattung. Die Einstrahlung in Watt pro Quadratmeter (W/m²) steuert vor allem den Strom, da mehr Licht in den Solarzellen mehr Ladungsträger freisetzt.
Die Modultemperatur wirkt in die entgegengesetzte Richtung und senkt die Spannung. Bei kristallinen Siliziumzellen sinkt die Leistung mit steigender Temperatur um 0,3 bis 0,5% je Kelvin, wobei neuere Module am unteren Ende dieser Spanne liegen. Diese Spanne beschreibt das PV Performance Modeling Collaborative der Sandia National Laboratories in seinem Modellierungsleitfaden zu PV-Leistungskennzahlen. An einem heißen Julitag liefert dasselbe Modul wegen der niedrigeren Spannung oft weniger Ertrag als an einem kühlen, klaren Apriltag mit starker Sonne.
Die Verschattung ist die dritte Größe und gleichzeitig die kritischste Einflussgröße, da sie die Kennlinie nicht nur verschiebt, sondern deren gesamnte Form verändert.
Wo sitzt der MPP-Tracker im Wechselrichter?
Der MPP-Tracker sitzt fest im Wechselrichter, bei autarken Anlagen im Laderegler. Er erfordert folglich keine extra Installation. Reicht die Regelung einer älteren Anlage nicht mehr aus, tauscht der Fachbetrieb in der Regel das gesamte Gerät, das heißt, den Wechselrichter oder den Laderegler.
Im Wechselrichter ist diese Regelung optimal platziert, da das Gerät den erzeugten Gleichstrom ohnehin in netzfähigen Wechselstrom umwandelt. Auf dem Datenblatt taucht die Abkürzung MPP deshalb mehrfach auf: Der MPP-Spannungsbereich definiert das Fenster, in dem das Gerät regeln kann, und die Anzahl der MPP-Tracker gibt an, wie viele Modulgruppen unabhängig voneinander geführt werden.
MPPT-Laderegler in autarken Anlagen
In einer autarken PV-Anlage ohne Netzanschluss übernimmt ein MPPT-Laderegler diese Aufgabe. Er sitzt zwischen den Solarmodulen und dem PV-Speicher, um den Akku stets mit der größtmöglichen Leistung zu laden. Ein einfacher PWM-Laderegler arbeitet dagegen ohne MPP-Suche und bleibt daher unter der potenziellen Ausbeute. Der Hersteller Victron Energy erläutert diesen technologischen Unterschied detailliert in seinem Vergleich von PWM- und MPPT-Ladereglern.
Welche Verfahren gibt es beim MPP-Tracking?
Beim MPP-Tracking gibt es fünf gängige Verfahren: Spannungserhöhung, Lastsprungverfahren, Steigende Konduktanz, Konstante Spannung und Temperaturverfahren. Die ersten beiden tasten sich suchend an den Maximum Power Point heran, während die drei übrigen ihn aus gemessenen Kenngrößen der Solarmodule ableiten.
| Verfahren | Prinzip | Was der Tracker misst | Grenze |
|---|---|---|---|
| Spannungserhöhung | erhöht die Spannung schrittweise und kehrt die Richtung um, sobald die Leistung fällt | Spannung und die daraus entstehende Leistung | nähert sich dem MPP nur schrittweise und sucht nach jeder Änderung neu |
| Lastsprungverfahren | verändert die Last der Module und vergleicht die Leistung vor und nach dem Sprung | Leistung vor und nach dem Lastsprung | gleiches Suchprinzip, also gleiche Nachlaufzeit nach einem Wechsel |
| Steigende Konduktanz | vergleicht den Leitwert der Module mit dessen Änderung und erkennt den MPP dort, wo die Änderung null ist | Leitwert und dessen Änderung | setzt eine genaue Messung von Strom und Spannung voraus |
| Konstante Spannung | setzt die Spannung auf einen festen Wert nahe am MPP | Leerlaufspannung der Module | trifft den MPP nur näherungsweise, weil ein fester Wert nicht zu jeder Betriebslage passt |
| Temperaturverfahren | berechnet die günstigste Spannung über einen Algorithmus aus der gemessenen Temperatur | Modultemperatur | misst die Leistung nicht direkt, sondern verlässt sich auf das Rechenmodell |
Alle fünf Verfahren setzen ein einziges Leistungsmaximum voraus. Sobald jedoch Schatten auf einen Teil der Module fällt, gilt diese Annahme nicht mehr.
Jetzt Photovoltaik-Angebote vergleichen und 30% sparen!
Nehmen Sie sich 60 Sekunden Zeit und füllen ein kurzes Formular aus. Wir verbinden Sie mit bis zu fünf geprüften Fachfirmen aus Ihrer Region. Der Vergleich ist für Sie kostenlos und unverbindlich.
Schattenmanagement: globaler statt lokaler MPP
Bei Teilverschattung kann die Kennlinie mehrere Höchstpunkte statt eines einzigen Trägers aufweisen. Verantwortlich dafür sind die Bypassdioden im Solarmodul, die verschattete Zellgruppen überbrücken und dabei zusätzliche Höcker in der Kurve erzeugen. Die fünf Suchverfahren können dann an einem solchen lokalen Maximum hängenbleiben, obwohl an anderer Stelle der globale MPP mit deutlich höherer Leistung liegt.
Schattenmanagement-Funktionen von Wechselrichtern lösen dieses Problem, indem der Tracker in regelmäßigen Abständen die gesamte Kennlinie durchfährt und anschließend auf das höchste gefundene Maximum zurückspringt. Der Hersteller Fronius beschreibt diesen Ablauf für seinen Algorithus Dynamic Peak Manager. Dieser globale Scan ersetzt die laufende Regelung nicht, sondern ergänzt sie.
Wie stark eine Verschattung der PV-Anlage den Ertrag am Ende mindert, hängt davon ab, wie viele Module betroffen sind und wie die Stränge verschaltet sind.
Warum haben Wechselrichter mehrere MPP-Tracker?
Wechselrichter verfügen oft über mehrere MPP-Tracker, um unterschiedlich ausgerichtete oder verschattete Modulgruppen getrennt zu regeln. Jeder Tracker führt dabei seine eigene Eingangsgruppe - je nach Verschaltung einen oder mehrere Stränge - und ermittelt dort den optimalen Arbeitspunkt, anstatt einen verlustreichen Kompromiss über die gesamte Anlage einzugehen.
Der klassische Fall ist die Ost-West-Ausrichtung, bei der die Ostseite ihre Leistungsspitze vormittags erreicht und die Westseite nachmittags. Befinden sich dort gleich viele Module bei identischer Dachneigung und bleiben beide Flächen unverschattet, fällt der Vorteil eines zweiten Trackers gering aus. Darauf macht Fronius in seinen Hinweisen zur Wechselrichter-Auslegung aufmerksam. Unterscheiden sich dagegen Modulzahl oder Dachneigung oder liegt eine Seite zeitweise im Schatten, wird die getrennte Regelung essenziell. Ein einzelner Tracker müsste andernfalls beide Stränge über denselben Arbeitspunkt zwingen und würde für beide Flächen an Effizienz einbüßen.
2, 3 oder 4 MPP-Tracker: Wie viele braucht man?
Man braucht so viele MPP-Tracker, wie es Modulgruppen mit unterschiedlichen optimalen Arbeitspunkten gibt, und nicht so viele, wie das Dach Ausrichtungen hat. Eine unverschattete Südfläche kommt mit einem Tracker aus. Für die klassische Ost-West-Aufteilung reicht ein Wechselrichter mit zwei MPP-Trackern (auf dem Datenblatt oft als Dual-MPPT bezeichnet) völlig aus.
Verteilt sich die Anlage über drei oder vier Teilflächen - wie etwa Ost- und Westdach sowie ein Garagendach - bieten sich Geräte mit drei oder vier MPP-Trackern an, die auf dem Datenblatt entsprechend als 3-MPP-Tracker oder 4-MPP-Tracker geführt werden. Auch Hybrid-Wechselrichter mit Batterieanschluss sind mit mehreren MPP-Trackern erhältlich. Die reine Anzahl ist jedoch nur eine von mehreren Kenngrößen: Wer den Wechselrichter richtig dimensioniert, stimmt zusätzlich die Nennleistung und den Eingangsspannungsbereich präzise auf die Module ab.
Was sind die Nachteile eines MPP-Trackers?
Zu den Nachteilen eines MPP-Trackers zählen seine verzögerte Reaktion auf schnelle Einstrahlungswechsel sowie die begrenzte Effizienz bei Teilverschattungen. Zieht eine Wolke schnell auf, findet der Tracker den neuen Arbeitspunkt erst mit kurzer Verzögerung, und in dieser Zeit geht Ertrag verloren.
Das oben beschriebene Schattenmanagement des Wechselrichters mildert diese Grenze ab. Allerdings stellt jede zusätzliche Elektronik eine potenzielle Fehlerquelle im Gesamtsystem dar.
Einen anderen Weg gehen Moduloptimierer und Mikrowechselrichter. Beide regeln jedes Solarmodul einzeln, sodass ein verschattetes Modul die Leistung der übrigen nicht beeinträchtigt. Je stärker und dauerhafter die Verschattung ausfällt, desto größer ist der Nutzen einer solchen modulweisen Regelung.
PV-Angebote vergleichen und bis zu 30% sparen
Füllen Sie das untere Formular aus und erhalten bis zu fünf Angebote von qualifizierten und geprüften Fachunternehmen für Photovoltaik aus Ihrer Region - kostenlos und unverbindlich. Es dauert nur zwei Minuten. Durch den Vergleich sparen Sie beim Kauf bis zu 30%.